Pourquoi les lunes galiléennes sont-elles si massives?

Les scientifiques proposent que l’ingérence de Saturne ait contribué à la création des quatre lunes géantes galiléennes en orbite autour de Jupiter.

La lune jovienne Europa, telle que capturée par le vaisseau spatial Galileo de la NASA.
Institut NASA / JPL / SETI

Jupiter, avec ses 67 lunes connues, peut être considéré comme un système solaire miniature tournant autour du Soleil. Quatre de ces lunes sont assez grandes pour être visibles même avec un petit télescope. Ces satellites dits Galiléens Io, Europe, Ganymède et Callisto ont une taille presque planétaire.

Mais les scientifiques n’ont pas pu expliquer comment ces lunes sont devenues si grandes. Maintenant, les scientifiques ont mené une étude pour suggérer que Saturne pourrait être à blâmer.

Au cours des premières années du système solaire, un énorme disque rotatif de gaz et de poussière entourait le soleil. La poussière se colla rapidement en morceaux de la taille d'un galet, desquels se formèrent les planètes et la plupart des lunes. Alors que Jupiter s’unissait, il a acquis son propre disque en balayant un vide dans le disque gazeux autour du Soleil. Il est probable que les lunes galiléennes aient commencé à se former dans le disque circumplanétaire de Jupiter.Mais, même si le géant collectait le gaz du disque circumsolaire, il découpait le vide qui couperait son disque du matériau qui aurait pu aider. construire ses lunes.

Ren Heller (Université de Göttingen, Allemagne), qui n'a pas participé à la nouvelle étude, note que les astronomes manquent depuis longtemps d'un mécanisme pour fournir du matériel solide au disque circumplanétaire de Jupiter. "Cet aspect a souvent été négligé ou simplifié dans les modèles précédents pour la formation des satellites galiléens; nous avons supposé que le gaz et la poussière étaient là, sortis de nulle part", dit-il.

Thomas Ronnet (Laboratoire d'astrophysique de Marseille, France) est l'un des astronomes qui ont enquêté sur cette impasse. Il réalisa que l’immense voisin de Jupiter, Saturne, pourrait être impliqué. Lorsque les planètes se formaient, leurs orbites étaient encore en train de migrer, ce qui donnait un système solaire très différent de celui que nous voyons actuellement. On pense en particulier que Saturne se trouvait sur une orbite beaucoup plus proche de celle de Jupiter. Ainsi, Saturne aurait pu disperser des cailloux coincés dans le plan médian du disque circumsolaire, permettant ainsi à Jupiter de les capturer.

Simuler une solution

Cette illustration montre un grand vide dans le disque de poussière et de gaz entourant une jeune étoile. Les planètes géantes telles que Jupiter peuvent créer un tel espace au fur et à mesure qu'elles se forment dans le disque.
ESO

Ronnet se rappelle avoir eu du mal à développer cette théorie. "Je savais que cela pourrait fonctionner, mais je n'étais pas sûr", dit-il. Pour le tester, Ronnet et ses collègues ont procédé à des simulations informatiques en suivant les trajectoires de 5 000 planétésimaux, ainsi que Jupiter et Saturne, dans le système solaire primitif. Pour gagner du temps de calcul, ils ont éliminé chaque planétésimal suffisamment proche de Jupiter sphère d'influence gravitationnelle. Ils ont également calculé quels planétésimaux passeraient par Jupiter pour atteindre la ceinture d'astéroïdes.

Initialement, les chercheurs craignaient que la ceinture d'astéroïdes gâte l'hypothèse de Saturne. "C'était une bonne surprise de constater que moins de planétésimaux étaient implantés dans la ceinture d'astéroïdes par rapport au disque circumplanétaire de Jupiter", déclare Ronnet. Les résultats apparaissent dans le journal astronomique du 3 mai.

"Leurs recherches proposent un scénario fascinant qui, d'après les résultats présentés, semble assez bien fonctionner", déclare Giacomo Lari (Université de Pise, Italie), qui n'a pas participé à l'étude.

Les lunes de Galilée pourraient avoir des océans sous la surface, ce qui pourrait en faire le meilleur endroit dans le système solaire pour la vie, et cela pourrait également être le cas dans d’autres systèmes planétaires. Mais la nouvelle étude suggère que des circonstances particulières sont nécessaires pour créer des mondes tels que ceux-ci: «Notre étude suggère que des analogues aux lunes galiléennes se formeraient de préférence autour de planètes géantes au sein de plusieurs systèmes planétaires», dit Ronnet.